DX11 Without DirectX SDK--05 键盘和鼠标输入

前言

提供键鼠输入可以说是一个游戏的必备要素。在这里，我们不使用DirectInput，而是使用Windows消息处理机制中的Raw Input，不过要从头开始实现会让事情变得很复杂。DXTK提供了鼠标输入的Mouse.h和键盘输入的Keyboard.h（现在已经单独抽离出来使用），对消息处理机制进行了封装，使用Mouse类和Keyboard类可以让我们的开发效率事半功倍。

对Raw Input有兴趣的同学，你可以看键鼠类的内部实现，也可以看MSDN文档： Raw Input

Mouse类和Keyboard类都在名称空间DirectX内。

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鼠标输入

Mouse类是一个单例类，我们可以通过Mouse::Get()静态方法来获取该实例：

static Mouse& Mouse::Get();

也可以在应用程序类中直接作为成员使用，因为它提供了默认构造函数。不过为了异常安全，建议使用智能指针：

std::unique_ptr<DirectX::Mouse> m_pMouse;
m_pMouse = std::make_unique<DirectX::Mouse>();

要想使用鼠标类，我们还需要完成三件事情：

1.在初始化阶段给鼠标类设置要绑定的窗口句柄，使用Mouse::SetWindow方法：

void Mouse::SetWindow(HWND window);

2.设置鼠标模式，需要使用Mouse::SetMode方法：

void Mouse::SetMode(Mouse::Mode mode);

鼠标模式有下面两种：

enum Mode
{
    MODE_ABSOLUTE = 0,  // 绝对坐标模式，每次状态更新xy值为屏幕像素坐标，且鼠标可见
    MODE_RELATIVE,      // 相对运动模式，每次状态更新xy值为每一帧之间的像素位移量，且鼠标不可见
};

可以加在D3DApp::Init方法上：

bool D3DApp::Init()
{
      m_pMouse = std::make_unique<DirectX::Mouse>();
      m_pKeyboard = std::make_unique<DirectX::Keyboard>();

      if (!InitMainWindow())
            return false;

      if (!InitDirect3D())
            return false;

      return true;
}

3.在消息处理的回调函数上进行修改，在接收到下面这些消息后，需要调用Mouse::ProcessMessage方法：

WM_ACTIVATEAPP WM_INPUT
WM_LBUTTONDOWN WM_MBUTTONDOWN WM_RBUTTONDOWN WM_XBUTTONDOWN
WM_LBUTTONUP WM_MBUTTONUP WM_RBUTTONUP WM_XBUTTONUP
WM_MOUSEWHEEL WM_MOUSEHOVER WM_MOUSEMOVE

具体的修改的部分在最后会展示。

完成这些操作后，我们的程序就可以开始使用鼠标了。

对于每一帧，我们可以通过Mouse::GetState方法获取当前帧下鼠标的运动状态：

Mouse::State Mouse::GetState() const;

Mouse::State包含如下成员：

struct State
{
    bool    leftButton;         // 鼠标左键被按下
    bool    middleButton;       // 鼠标滚轮键被按下
    bool    rightButton;        // 鼠标右键被按下
    bool    xButton1;           // 忽略
    bool    xButton2;           // 忽略
    int     x;                  // 绝对坐标x或相对偏移量
    int     y;                  // 绝对坐标y或相对偏移量
    int     scrollWheelValue;   // 滚轮滚动累积值
    Mode    positionMode;       // 鼠标模式
};

对于剩下的方法：

Mouse::ResetScrollWheelValue方法可以清空滚轮的滚动累积值

Mouse::IsConnected方法则可以检验鼠标是否连接

Mouse::SetVisible方法设置鼠标是否可见

Mouse::IsVisible方法可以检验鼠标是否可见

鼠标状态追踪

Mouse::ButtonStateTracker类提供了更高级的功能，通过根据上一次的鼠标事件和当前鼠标事件的对比，来判断鼠标的状态。它有两个重要方法：

void Mouse::ButtonStateTracker::Update( const Mouse::State& state );
// 在每一帧的时候应提供Mouse的当前状态去更新它

State Mouse::ButtonStateTracker::GetLastState() const;
// 获取上一帧的鼠标事件，应当在Update之前使用，否则变为获取当前帧的状态

然后还有5个重要公共成员：

ButtonState leftButton;     // 鼠标左键状态
ButtonState middleButton;   // 鼠标滚轮按键状态
ButtonState rightButton;    // 鼠标右键状态
ButtonState xButton1;       // 忽略
ButtonState xButton2;       // 忽略

注意: 这里要区分State和ButtonState类型的五个同名成员，含义不同。

枚举量ButtonState含义：

enum ButtonState
{
    UP = 0,         // 按钮未被按下
    HELD = 1,       // 按钮长按中
    RELEASED = 2,   // 按钮刚被放开
    PRESSED = 3,    // 按钮刚被按下
};

由于鼠标状态追踪类不是单例，而且它存有上一帧的鼠标状态，不应该作为一个临时变量，而是也应该像鼠标类一样在整个程序生命周期内都存在。

在绝对模式下，我们也可以获取两帧之间的鼠标相对位移量：

Mouse::State mouseState = m_pMouse->GetState();
Mouse::State lastMouseState = mMouseTracker.GetLastState();
int dx = mouseState.x - lastMouseState.x, dy = mouseState.y - lastMouseState.y;

虽然这样子第一帧的时候，鼠标状态追踪类并没有开始记录，而鼠标已经记录下了第一帧的状态，但由于开始运行的第一帧通常都很快，等到我们第一次使用鼠标的时候已经经过了一段时间，所以并不会产生什么问题。

然后在更新了跟踪器状态后，就可以判断鼠标状态做进一步操作了。以渲染立方体的项目为例，这里打算通过鼠标拖动产生旋转，如：

// 更新鼠标按钮状态跟踪器，仅当鼠标按住的情况下才进行移动
mMouseTracker.Update(state);
if (mouseState.leftButton == true && mMouseTracker.leftButton == mMouseTracker.HELD)
{
    // 旋转立方体
	cubeTheta -= (mouseState.x - lastMouseState.x) * 0.01f;
	cubePhi -= (mouseState.y - lastMouseState.y) * 0.01f;
}

mCBuffer.world = XMMatrixRotationY(cubeTheta) * XMMatrixRotationX(cubePhi);

键盘输入

Keyboard类也是一个单例类，我们可以通过Keyboard::Get()静态方法来获取该实例：

static Keyboard& Keyboard::Get();

也可以在应用程序类中直接作为成员使用，因为它提供了默认构造函数。不过为了异常安全，建议使用智能指针：

std::unique_ptr<DirectX::Keyboard> m_pKeyboard;
m_pKeyboard = std::make_unique<DirectX::Keyboard>();

要想使用键盘类，我们还需要完成一件或两件事情：

1.如果Keyboard类内有SetWindow方法，则需要调用以初始化，否则不需要：

void Keyboard::SetWindow(ABI::Windows::UI::Core::ICoreWindow* window);

2.在消息处理的回调函数上进行修改，在接收到下面这些消息后，需要调用Keyboard::ProcessMessage方法：

WM_ACTIVATEAPP
WM_KEYDOWN WM_SYSKEYDOWN WM_KEYUP WM_SYSKEYUP

具体的修改的部分在最后会展示。

完成上述操作我们就可以使用键盘了。

对于每一帧，我们可以通过Keyboard::GetState方法获取当前帧下键盘所有按键的状态：

Keyboard::State Keyboard::GetState() const;

Keyboard::State结构体记录了按键信息，而Keyboard::Keys枚举量定义了有哪些按键。获取了键盘按键状态后，我们要关注的是Keyboard::State内的方法：

Keyboard::State::IsKeyDown方法判断按键是否被按下

bool Keyboard::State::IsKeyDown(Keyboard::Keys key) const;

Keyboard::State::IsKeyUp方法判断按键是否没有按下

bool Keyboard::State::IsKeyUp(Keyboard::Keys key) const;

下面演示的是键盘连续操作，其中dt是两帧之间的时间间隔

if (keyState.IsKeyDown(Keyboard::W))
	cubePhi += dt * 2;
if (keyState.IsKeyDown(Keyboard::S))
	cubePhi -= dt * 2;
if (keyState.IsKeyDown(Keyboard::A))
	cubeTheta += dt * 2;
if (keyState.IsKeyDown(Keyboard::D))
	cubeTheta -= dt * 2;

mCBuffer.world = XMMatrixRotationY(cubeTheta) * XMMatrixRotationX(cubePhi);

注意：对于鼠标和键盘的拖动距离，推荐鼠标用偏移量，而推荐键盘用按压持续时间

键盘状态追踪

如果要判断按键是刚按下还是刚放开，则需要Keyboard::KeyboardStateTracker类帮助

Keyboard::KeyboardStateTracker::Update方法需要接受当前帧的State以进行更新：

void Keyboard::KeyboardStateTracker::Update(const Keyboard::State& state);

然后就可以使用它的IsKeyPressed或IsKeyReleased方法来进行判断键盘按键是否刚按下，或者刚释放了，同样需要接受Keyboard::Keys枚举量

于是我们可以尝试让前面的立方体通过键盘或鼠标动起来。

D3DApp::MsgProc方法的变化

这里展示了消息处理部分的变化：

LRESULT D3DApp::MsgProc(HWND hwnd, UINT msg, WPARAM wParam, LPARAM lParam)
{
	switch (msg)
	{
		// 省略原有的部分...

		// 监测这些键盘/鼠标事件
	case WM_INPUT:

	case WM_LBUTTONDOWN:
	case WM_MBUTTONDOWN:
	case WM_RBUTTONDOWN:
	case WM_XBUTTONDOWN:

	case WM_LBUTTONUP:
	case WM_MBUTTONUP:
	case WM_RBUTTONUP:
	case WM_XBUTTONUP:

	case WM_MOUSEWHEEL:
	case WM_MOUSEHOVER:
	case WM_MOUSEMOVE:
		m_pMouse->ProcessMessage(msg, wParam, lParam);
		return 0;

	case WM_KEYDOWN:
	case WM_SYSKEYDOWN:
	case WM_KEYUP:
	case WM_SYSKEYUP:
		m_pKeyboard->ProcessMessage(msg, wParam, lParam);
		return 0;

	case WM_ACTIVATEAPP:
		m_pMouse->ProcessMessage(msg, wParam, lParam);
		m_pKeyboard->ProcessMessage(msg, wParam, lParam);
		return 0;
	}

	return DefWindowProc(hwnd, msg, wParam, lParam);
}

补充说明：当你打开Mouse.cpp和Keyboard.cpp查看源码的时候，大概率会遇到下面的报错：

你可以直接无视该错误继续编译，即便到VS2019这个情况依然存在。

现在来看看当前章节对应的项目。该程序使用键盘的WSAD四个键控制立方体旋转，或者鼠标拖动旋转。

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